（太和縣建筑勘察設計院， 安徽 太和 236600）

析建筑結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的應用

李驃騎

（太和縣建筑勘察設計院， 安徽 太和 236600）

建筑結構是一個建筑物的框架構成，設計是否合理、是否優(yōu)化，直接決定著建筑物結構的安全性和可靠性，必須采用科學方法合理設計建筑結構，才能保證建筑結構安全可靠。本文以建筑結構設計優(yōu)化方法為研究內容，對其的理論體現(xiàn)及其在在建筑結構設計中的應用步驟、應用要點進行了分析，僅供參考借鑒。

房屋結構；理論體現(xiàn)；優(yōu)化方法；應用步驟；應用要點

近年來，建筑業(yè)發(fā)展形勢利好，儼然成為國民經濟的支柱性產業(yè)，對整個社會及人們生活發(fā)展產生了重大影響。隨著建筑業(yè)的發(fā)展，激烈的市場競爭給企業(yè)帶來了巨大壓力，企業(yè)要想在激烈市場競爭中贏得先機，唯有建設安全、可靠、經濟、實用、環(huán)保、節(jié)能的建筑物，這對建筑結構設計提出了更高要求。為適應新時期建筑結構設計的要求，提出采用建筑結構設計優(yōu)化方法，利用先進的技術手段優(yōu)化設計建筑結構。

一、建筑結構設計優(yōu)化方法的理論體現(xiàn)

建筑結構設計不僅要考慮建筑結構的安全性、可靠性，基本功能的健全性、實用性，還要考慮建筑結構本身的藝術性、美觀度，以及建筑結構的環(huán)保性、節(jié)能性，確保建筑結構設計合理，這就是建筑結構設計優(yōu)化的具體體現(xiàn)[1]。從理論上分析建筑結構設計優(yōu)化方法，可以發(fā)現(xiàn)這一設計優(yōu)化方法主要體現(xiàn)在建筑結構整體設計、建筑結構分層設計等方面。

在建筑結構整體設計上，要盡量保持建筑平面結構的對稱性和規(guī)則性，減少建筑剛度中心和質量中心的相關性差異；垂直方向的承重構件要上下相通，并盡量少使用轉換層結構。而且，垂直方向剛度變化要講究簡潔性，避免結構突變，以保證建筑結構安全可靠。

二、建筑結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的應用步驟

（一）建立建筑結構優(yōu)化模型

1、優(yōu)化選擇設計變量

選擇設計變量時，要以建筑結構本身的參數(shù)作為變量。如，根據(jù)建筑結構造價值、結構損失的期望值確定建筑目標參數(shù)，根據(jù)建筑結構相對可靠度確定建筑約束控制參數(shù)。對于哪些對建筑結構安全影響小、變化范圍小的設計參數(shù)，可利用預定式參數(shù)表述，便于減少設計數(shù)量和編程量，提高設計工作效率。

2、確定目標函數(shù)

優(yōu)化設計時，對找到一組符合預定條件的相應尺寸的鋼筋截面和失效的概率函數(shù)，最大程度的降低建筑造價。

3、確定約束條件

為保證建筑結構可靠，合理確定與結構設計相關的約束條件，如建筑本身的強度、幾何尺寸大小、結構體系、構件、建筑裂縫寬度等。進行建筑結構優(yōu)化設計時，要根據(jù)設計目標全面分析以上約束條件，確保每一個約束條件都能符合建筑結構設計目標。

（二）合理確定建筑結構設計優(yōu)化方案

建筑結構設計優(yōu)化有很多的約束條件，經常遇到一些非線性的優(yōu)化問題，無形中增加了設計及計算工作的復雜性[2]。特別是計算非線性問題時會進行必要的轉換，將有約束的優(yōu)化轉化為無約束的優(yōu)化，方能合理確定結構設計優(yōu)化方案。具體計算中，可以采用拉式乘子法等方法。

（三）設計應用程序

基于建筑結構設計優(yōu)化模型及計算方法建構一個運算快的應用程序，作為設計優(yōu)化實施的基本依據(jù)和規(guī)范，使建筑結構設計優(yōu)化工作順利、有效的進行，確保建筑結構優(yōu)化設計工作質量。

（四）分析綜合結果

得出計算結果過后，對多方計算結果進行對比分析，從中優(yōu)選出一個最佳的建筑結構設計方案。進行分析對比時，對建筑結構幾何尺寸、基本功能、外形美感度、結構安全性及實用性、經濟性等問題進行多角度的考慮，既要保證建筑結構安全，也要確保設計優(yōu)化方案經濟實用，盡量用最少的成本投入達到高質量的建筑物，實現(xiàn)建筑結構設計優(yōu)化的預期目標。

三、建筑結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的應用要點

在房屋結構設計中，結構設計優(yōu)化方法應用覆蓋多個方面，具體包括整體與局部、使用壽命、樁基礎、上部結構及房屋建構與電氣、給排水結構協(xié)調等，下面對結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的具體應用進行了分析。

（一）整體及局部

房屋建筑結構設計具有復雜性、層次性特點。房屋建筑結構設計的復雜性主要體現(xiàn)在結構類型選用、建材選用、零部件選取等方面，設計工作系統(tǒng)而復雜；房屋建筑結構設計的層次性主要體現(xiàn)在房屋建筑設計體系、建筑結構體系、各專業(yè)設計體系、安裝設計體系等方面，其中的每一體系都是獨立的，且還有下屬體系。由于房屋建筑結構設計的復雜性和層次性，設計人員可以采用房屋建筑設計優(yōu)化設計方法，充分的優(yōu)化設計每一個體系，打破橫向關聯(lián)，實現(xiàn)工程疊加，實現(xiàn)對建筑結構整體的優(yōu)化，提高建筑設計的合理性。

（二）使用壽命

在房屋建筑使用年限內，房屋建筑結構中的任何一個環(huán)節(jié)都有著多方設計方案，這就決定了任一個工程分部分項都可以設計優(yōu)化。為此，進行房屋建筑結構優(yōu)化設計時，設計人員可以根據(jù)分部分項的具體情況進行優(yōu)化設計，進而延長房屋建筑使用壽命。

（三）樁基礎

房屋建筑樁基礎形式主要有灌注樁、預制樁等[3]。其中，灌注樁操作復雜、施工時間長，且質量控制精度要求高。預制樁操作簡單，且質量可控，若沒有特殊的工程地質條件限制，可以采用預制樁。但是具體設計時，要以現(xiàn)場地質勘察結果為依據(jù)合理的優(yōu)化設計樁基礎形式，確保樁基礎質量符合標準要求。

（四）上部結構

在房屋建筑上部結構設計中，剪力墻布置是非常關鍵的一環(huán)。剪力墻質量要有一定的均勻性，使樓層結構中心與結構平面中心相互重疊，增強建筑結構整體的承載力和抗震性，消弱外力的不利影響。若房屋建筑結構類型允許，剪力墻應當采用大開間構造，盡量增加墻肢長度，不僅能提高房屋結構安全性，還能減少混凝土、鋼材等材料用量。

（五）房屋結構與電氣、給排水等專業(yè)設計間的協(xié)調優(yōu)化

1、房屋結構與電氣的協(xié)調優(yōu)化

電氣工程是房屋建筑組成的一部分，進行房屋結構設計時，不得不考慮房屋結構與電氣專業(yè)設計之間的協(xié)調性。電氣管線如果安裝在樓板處，勢必影響房屋建筑預制結構施工正常展開，所以電氣管線一般要貫穿房屋結構梁體，以便保護電氣管線安全。這樣一來，設計房屋建筑結構時就要預先考慮建筑梁體孔洞預埋問題，合理確定電氣管線預埋孔洞位置及孔徑大小。與此同時，還要考慮梁體寬度，應與墻體厚度一致，否則難以確保梁側平面與墻體一側對齊，電氣管線將裸露在梁體外面。由于建筑梁體內埋設了很多孔洞，要對電梯房結構進行科學計算與合理設計，保證電梯房強度達標。

2、房屋結構與給排水的協(xié)調優(yōu)化

房屋建筑內部用于給排水的設備很多，一般情況下，可以將水泵房設置在地下室。但是由于給排水管道系統(tǒng)復雜，長短、粗細各不相同，進行房屋建筑結構設計優(yōu)化時，必要合理分析確定給排水管道的預埋孔洞。水平方向的給排水管道貫穿承重墻時，要對承重墻體加以維護、加固。具體工作中，可以采用建筑信息模型對房屋給排水系統(tǒng)進行碰撞檢查，優(yōu)化建筑給排水系統(tǒng)設計方案。

四、結論

綜上所述，建筑結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的應用，可以進一步優(yōu)化房屋結構設計，提高房屋結構設計的合理性。在房屋結構設計中應用建筑結構設計優(yōu)化方法，要遵守一定的應用步驟，注意應用要點，實現(xiàn)房屋結構優(yōu)化目標。

[1]劉松.建筑結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2016，（20）：21-22.

[2]唐益林.建筑結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的應用[J].建材與裝飾，2017，（01）：93-94.

[3]景毅.建筑結構設計優(yōu)化方法在房屋結構設計中的運用分析[J].科技資訊，2014，（27）：36.

TU7

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1007-6344（2017）08-0106-01

李驃騎 （1978-），男， 工程師，大專，從事建筑工程設計工作